高二物理競賽 電磁波 課件

電磁波的波動方程

16.1電磁波的產生

16.2電磁波的能量

16.3第16章電磁波主要內容16.1電磁波的波動方程積分方程微分方程量值關系16.1.1麥克斯韋方程組電場關系磁場關系16.1.2電磁波的波動方程空間無電荷及電流時磁場與電場分析類似有因此可得由于對于一維電磁波有根據(jù)矢是分析某矢量A因此可得由于對于一維電磁波有電磁波16.2.1振蕩電偶極子+一對作周期性往復運動的正負電荷所形成的電偶極子偶極矩cos0pwtpp0w振幅角頻率振蕩偶極子輻射電磁波過程示意(步進分解):+p~16.2電磁波的產生產生與傳播t0+EE電偶極子的某一對電力線+HEE兩電荷相遇,電力線閉合,產生渦旋電場并激發(fā)磁場.t4T+2TtHEHE振蕩電偶極子完成正半周的振蕩+HEHE34tTHEHE正負電荷反向相遇時新產生的渦旋電場繞向與t=T/4時的相反.+2T4tTHEHE變化的電場和變化的磁場相互激發(fā),相互感生,向外傳播.+4t0T兩電荷相對靠近,電力線相對向外擴展.EE+34tT2T振蕩電偶極子進行負半周的振蕩HEHE過程瀏覽+EE+EEHEEHH++EEt=0t=T/4過程瀏覽EEHH+EEHH++HHEEEEHHt=T/2t=3T/4振子的近場EH+~+~極軸在子午面(一系列包含極軸的平面)內.E在與赤道面平行的平面內.H振蕩電偶極子發(fā)射的電磁波EHOEEHHO+~rr+~振蕩電偶極子發(fā)射的電磁波在子午面(一系列包含極軸的平面)內.E在與赤道面平行的平面內.H傳播方向沿的方向.rEH與相互垂直.EH波場中任一點的+~+~極軸電磁波接收超高頻發(fā)射機發(fā)射天線接收天線E該接收天線與E平行時,感生電動勢.eilEdl的絕對值最大續(xù)上續(xù)7超高頻發(fā)射機發(fā)射天線H接收天線該接收天線(平面線圈)的法線與H平行時,感應電動勢eidFdt的絕對值最大電磁波方程介質me,EHrqu極軸P~波速P~cos0wtpp0w振幅角頻率E和H的波動方程cosprE.mp0w24..sinqw()turHemcospr.p0w24..sinqw()tur波動因子均與rw2成比例EHme實驗和理論還證明,波速u1em方向性因子q02qp波幅為零波幅最大p,EOEH0電磁波的振幅ru介質em,E.cosw()turE0HH0cosw()turEHr,,相互垂直,且EHr與同向.E與H同相位,且eEmH.真空中me1u000318ms,等于光速C.H16.3.1電磁波的性質16.3.2電磁波的能量電磁波特性emEHem1u回憶相關概念電場能量密度we21eE2磁場能量密度wm21mH2波的能流Pwu波的能流密度APAwu波的平均能流密度(波強)PwuIAuT10Twdt電磁場中某點某時刻的電場和磁場總能量密度wwewm+21eE2+mH2)(emEHu1EH)(Jm3單位時間垂直通過單位面積的電磁輻射能量能流密度.)(Jms2.1或Wm2()swuEHHs稱坡印廷矢量sE矢量式sEH電磁場中某點某時刻的電場和磁場總能量密度wwewm+21eE2+mH2)(emEHu1EH)(Jm316.3.2電磁波的能量將電場及磁場的波函數(shù)代入坡印亭矢量公式可得振蕩電偶極子在單位時間內輻射的電磁波總能量稱為輻射功率,用P表示.振蕩電偶極子發(fā)出的是球面波,在半徑為r的球面上,振蕩電偶極子的輻射功率為由于在一個周期內對時間的平均值是1/2,所以由上式可

得平均輻射功率為16.3.3電磁波譜波長:1041810610210101012101104102410m1041810610210101